Pt/TiO2光催化剂及染料敏化太阳电池电解质的制备与研究

论文摘要

太阳能的转换和利用方式主要有光—热能转换、光—电能转换和光—化学能转换等。本文探索了后两种方法，分别是光—化学能转换和光—电能转换。光催化分解水是最有希望的利用太阳光直接分解水的技术。在过去的几十年间，紫外光响应光催化技术得到了长足的发展。Pt-TiO2是目前被广泛使用的高效的负载型光催化剂。本文采用原位光还原法制备了Pt-TiO2粉末，在以草酸为牺牲剂的情况下，对其在紫外光照下光催化分解水制氢的性能进行研究。研究发现在以有草酸为电子给体的情况下，光催化制氢效率显著提高；Pt的存在也显著提高了光催化制氢效率。溶液pH明显影响放氢反应效率。主要是影响了草酸等在TiO2表面的吸附。最佳pH值为2—4。Pt的最佳负载量为0.5wt％。负载金属Pt量较低时，有利于降低放氢过电位和光生电子和空穴的复合，对放氢反应有利；但当负载金属Pt量较高时使放氢反应速率降低。另外，长期以来，研究人员多集中于制备研究粉末状光催化剂，粒度越小性能越高，但越难以操作以及回收利用，势必对实际应用带来极大的不便和造成巨大的浪费。而在载体上沉积光催化剂薄膜便能很好地克服这一缺点，可以解决催化剂的固载问题，提高催化剂的重复利用率，减少浪费，对其应用有重要作用，特别是对昂贵的催化剂更有价值。本文采用自制的TiO2浆料，用丝网印刷法在普通玻璃上制成TiO2多孔膜，用光还原沉积法在TiO2膜面负载Pt，加入一定量的草酸作牺牲剂，研究其光催化分解水的性能。除此之外，本文还对一系列可见光响应的催化剂进行了探索性的试验。染料敏化太阳能电池（简称DSSC）是一种新型的太阳能电池。DSSC主要由三部分组成，分别是TiO2多孔薄膜电极、染料和电解质。DSSC中的电解质主要起着再生染料和传输电子的作用。目前常用的液体电解质存在容易挥发泄漏、不易封装、溶剂有毒、价格昂贵等缺点。本论文针对以上问题从两方面着手来解决。一是制备不挥发、方便封装的固体电解质；二是制备环境友好、方便制备且原料便宜的新型电解质。本论文讨论了把CuI和LiI的几种配合物固体电解质作为添加剂加入离子液体电池的性能的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 光催化分解水研究进展
• 1.1.1 前言
• 1.1.2 光催化分解水原理
• 1.1.3 通过阳离子掺杂调节紫外响应光催化剂能带结构
• 1.1.4 通过阴离子掺杂调节紫外响应光催化剂能带结构
• 1.1.5 复合光催化剂
• 1.1.6 染料敏化
• 1.1.7 未来展望
• 1.2 参考文献
• 2光催化分解水制氢研究'>2 以草酸为电子给体的Pt/TiO₂光催化分解水制氢研究
• 2粉末光催化分解水制氢研究'>2.1 以草酸为电子给体的Pt/TiO₂粉末光催化分解水制氢研究
• 2.1.1 前言
• 2.1.2 实验部分
• 2.1.3 结果与讨论
• 2.1.4 结论
• 2多孔薄膜的制备及其光催化制氢性能研究'>2.2 Pt/TiO₂多孔薄膜的制备及其光催化制氢性能研究
• 2.2.1 前言
• 2.2.2 实验部分
• 2.2.3 结果与讨论
• 2.2.4 结论
• 2.3 参考文献
• 3 氮掺杂可见光应响型光催化剂的制备与研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与材料
• 3.2.2 实验设备
• 3.2.3 实验步骤
• 3.2.4 结果与讨论
• 3.3 参考文献
• 4 染料敏化太阳能电池简介
• 4.1 太阳能电池概述及染料敏化太阳能电池
• 4.2 染料敏化太阳能电池的历史
• 4.3 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理
• 4.4 染料敏化太阳能电池中的动力学过程
• 4.5 染料敏化太阳能电池的表征
• 4.6 染料敏化太阳能电池各组成部分的研究进展
• 4.6.1 二氧化钛电极
• 4.6.2 染料的研究进展
• 4.6.3 电解质的研究进展
• 4.7 参考文献
• 5 CuI作电解质添加剂的染料敏化太阳能电池研究
• 5.1 前言
• 5.2 离子液体-固体电解质型复合电解质的制备、表征及其在染料敏化太阳能电池中的应用
• 5.2.1 实验部分
• 5.2.2 实验结果与讨论
• 5.2.3 小结
• 5.3 参考文献
• 作者在读期间科研成果简介
• 致谢